第十一章 碳氧重键的反应

第十一章碳氧重键的反应羰基化合物的结构特征之一：——羰基C=O，键具有强极性可以接受亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应、亲核取代反应。一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性发生在羰基上的反应的类型（亲核反应）1)亲核加成2)羰基氧被N取代3)羰基氧被C取代4)亲核取代反应一、羰基化合物的结构与反应特征羰基化合物的结构特征之二：——羰基C=O的吸电子作用使得a-H具有明显的酸性，在碱性条件下可以离解，生成烯醇负离子，从而成为亲核试剂，进攻羰基碳或卤代烃，发生亲核加成反应、亲核取代反应。烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定一、羰基化合物的结构与反应特征烯醇中的C-C双键接受亲电试剂进攻，发生a–卤代反应；醛酮、羧酸和酰卤可以发生该反应——烯醇负离子作为亲核试剂，进攻卤代烃的缺电子碳，则发生亲核取代反应；进攻羰基碳则发生亲核加成反应；一、羰基化合物的结构与反应特征

所以，含有α活泼H的羰基化合物既是亲核反应中心，接受亲核试剂进攻，同时又是亲核试剂，可以进攻亲核反应中心。既可以与别的化合物发生交错缩合反应，也可以发生自身缩合反应。产物非常复杂。二、羰基亲核加成-1、概述

（1.）基本反应历程

动力学二级反应V=k[R2CO][Nu]

1、羰基的亲核加成概述-（1）基本反应历程碱催化：慢①试剂进攻羰基上C原子，生成氧负离子的一步是决定反应速率的一步。②为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性，常需碱催化：酸催化：羰基质子化后，氧上带有负电荷，很不稳定，π电子发生转移，使碳原子带有正电荷。决定反应速率的一步，是Nu-进攻中心碳原子的一步。1、羰基的亲核加成概述-（1）基本反应历程酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：质子性溶剂也起到同样作用：都使羰基活化。羰基质子化，可以提高羰基的反应活性。1、羰基的亲核加成概述-（1）基本反应历程1、羰基的亲核加成概述-（2）亲核反应活性

亲核反应活性烷基给电子作用1、羰基的亲核加成概述-（2）亲核反应活性亲核反应活性空间位阻影响1、羰基的亲核加成概述-（2）亲核反应活性

亲核反应活性酰卤>酸酐>醛>酮>羧酸~酯>酰胺取决于与羰基相连的基团的电子效应1、羰基的亲核加成概述-（3）立体化学(3)Stereochemistry非手性条件下，得外消旋体1、羰基的亲核加成概述-（3）立体化学(3)Stereochemistry手性条件下，有立体选择性，Cram法则：羰基上的R基团与大的基团(L)呈重叠式构象，羰基氧则处于中等基团(M)与较小基团(S)中间，亲核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向。

LMSNuIIIEtMeHLiAlH40.951EtMeHMeMgI1.51phMeHMeMgI21phMeHEtMgI31

III1、羰基的亲核加成概述-（3）立体化学二、羰基的亲核加成-2.含O,S亲核试剂2.含O,S亲核试剂包括H2O,ROH,和NaHSO3(1)H2O酸碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。水合物与水加成

二、羰基的亲核加成-2.含O,S亲核试剂(2)ROH酸催化：固体酸，如TsOH

无水酸，如干燥HCl气体二、羰基的亲核加成-2.含O,S亲核试剂

醛酮与醇在酸催化下发生加成反应，形成缩醛或缩酮。

醇的光学活性不变；同位素标记证实；

CRHOR'OHOR'HHCRHOR'OHHH2OCORHR'

二、羰基的亲核加成-2.含O,S亲核试剂二、羰基的亲核加成-2.含O,S亲核试剂2.含O,S亲核试剂(3)NaHSO3产物为盐，溶于水,但不溶于饱和NaHSO3溶液。用于将醛酮同不溶于水的有机物分开二、羰基的亲核加成-3.含N亲核试剂

(1)RNH2andYNH2经历亲核加成和脱水两个步骤。相当于羰基氧被氮所取代，形成亚胺(imine)。可逆，经酸水解可得醛酮。二、羰基的亲核加成-3.含N亲核试剂

胺的衍生物（NH2Z）容易发生消去

Z=OH，NHph，NHCONH2，NH2二、羰基的亲核加成-3.含N亲核试剂反应要在弱酸性条件下进行

加速反应

减缓反应

酸在反应中起积极和消极两重作用RNH2andYNH2表13-1氨基衍生物与醛酮加成反应反应物YNH2生成物基团Y名称结构式名称R1°胺席夫碱（shiffbase）OH羟胺肟（oxime）NH2肼腙（hydrazone）NHC6H5苯肼苯腙（phenylhydrazone）NHCONH2氨基脲缩氨脲（semicarbazone）二、羰基的亲核加成-4.含C亲核试剂Grignard试剂

有机锂试剂炔钠加成水解醇（1）与金属有机化合物反应二、羰基的亲核加成-4.含C亲核试剂格氏试剂的应用低温和空间位阻作用使用不活泼的金属试剂可能将反应控制在酮的阶段二、羰基的亲核加成-4.含C亲核试剂

（2)Wittig反应：

醛酮与磷翁内盐作用得到高纯烯烃

ylide二、羰基的亲核加成-4.含C亲核试剂Wittig反应机理：关于亲核加成的小结2.含O,S亲核试剂4.含C亲核试剂(4)Ylide试剂(3)有机金属试剂(2)¯C≡CR(1)¯CN3.含N亲核试剂(1)RNH2andYNH2包括H2O,ROH,RSH,和NaHSO31.概述

——结构、机理、反应活性、立体化学(2)R2NH——C-C键的形成羰基的保护醛酮的分离纯化亚胺及其衍生物的形成烯胺的形成α-羟基腈、α-羟基酸和β-氨基醇炔醇的合成C=C的形成各级醇的合成、醛酮的合成

三、羧酸衍生物与亲核试剂的反应1.反应机理L:离去基团加成－消除反应在Nu上引入酰基的反应2.反应活性作为酰基化试剂，其活性为：X:具有-I效应，C－Cl键的极性大。酯中烷氧基具有+C效应，增大了酰基与烷氧基间的电子云密度，使酰氧键难于断裂。酰胺中的NH2的+C、+I效应，使羰基的反应活性降低。酸酐中的酰基是吸电子基团，使酰氧键易于断裂，酸酐的反应活性比酯大。羧酸醇

酯酯化反应机理：第一步羰基质子化：第二步醇分子对质子化羰基的亲核进攻：四面体中间体3.反应实例：酯化反应第三步质子转移与脱水：第四步脱质子：叔醇的酯化反应是断裂醇中的C―O键：3.反应实例：酯化反应酯化反应机理：第一步：羰基质子化步骤示意图

3.反应实例：酯化反应第二步：醇分子亲核进攻步骤示意图3.反应实例：酯化反应第三步：质子转移与脱水步骤示意图3.反应实例：酯化反应第四步：脱质子步骤示意图3.反应实例：酯化反应

皂化反应：

碱催化下酰氧键断裂的双分子反应

同位素标记，手性保持，二级反应V=[RCOOH][ROH]3.反应实例：皂化反应若R’O－中的C原子是三级碳原子时，在酸催化时，

发生烷氧键断裂：由于含有三级碳原子基团的空间效应，使得水分子难于进攻羰基，同时也不利于质子转移。3.反应实例：酯化和皂化反应四、缩合反应-1、Aldolcondensation

两分子醛稀碱或稀酸缩合生成β–羟基醛3–羟基丁醛反应机理:第一步：碱夺取α–氢，生成烯醇负离子第二步：烯醇负离子对羰基的亲核加成第三步：烷氧负离子从水中夺取质子，生成β–羟基醛反应特点：生成新的C―C单键，同时引入两个官能团除乙醛外，均生成α–碳原子上带有支链的化合物:2–乙基–1–己醇

加成产物在微热或酸催化下，发生分子内脱水,生成α,β–不饱和醛：2–乙基–2–己烯醛2.ThemixedaldoladditionAldol加成和Aldol缩合如果两个反应物都具有a-H，则将得到四个产物

交错羟醛缩合不含α–H的醛与含α–H的醛反应：三羟甲基乙醛

酮的缩合反应，平衡不利于产物生成。使用Soxhlet

提取器，不断除去产物，使平衡向右移动。4–甲基–4-羟基–2–戊酮(二丙酮醇)(70%)Claisen–Schmidt缩合反应

交错羟醛缩合芳醛含α–氢醛或酮碱性条件脱水生成α,β–不饱和醛或酮

交错羟醛缩合(1)定义：在碱性催化剂的作用下，芳香醛与酸酐反应生成β-

芳基-α,β-不饱和酸的反应为浦尔金(Perkin,W.)反应.

交错羟醛缩合Perkin反应(2)反应机理：强碱缩合酸化乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯(三乙)(75%)(3-氧代丁酸乙酯)Claisen

酯缩合反应Claisen

酯缩合反应机理：第一步碱进攻α–H，产生烯醇负离子：四、缩合反应-2、Claisen

酯缩合反应

第二步烯醇负离子对另一酯分子的亲核加成：四面体中间体

第三步离去基团的消除，恢复羰基结构：四、缩合反应-2、Claisen

酯缩合反应

第四步β–酮酸酯脱质子：第五步碳负离子的质子化(酸化)：反应特点：底物：含有两个α–氢的酯

β–酮酸酯的去质子与酸化

C―C键的生成生成含两个官能团的产物分子四、缩合反应-2、Claisen

酯缩合反应

含一个α–氢原子的酯缩合反应交错

Claisen酯缩合反应RCH2COOR'甲酸酯碳酸酯草酸酯苯甲酸酯四、缩合反应-2、Claisen

酯缩合反应

分子内酯缩合——Dieckmanncondensation二酯五元或六元环状β–酮酸酯己二酸乙酯2–氧代环戊甲酸乙酯四、缩合反应-2、Claisen

酯缩合反应

具有活泼氢的化合物、甲醛、胺同时缩合，活泼氢被氨甲基或取代氨甲基取代的反应，称为曼尼期(Mannich,C.)反应，生成的产物称为曼氏碱。四、缩合反应-3、其他缩合反应

（1）Mannichreaction（氨甲基化反应）1.具有α-H的醛、酮、酸、酯、硝基化合物、腈、末端炔烃、含有活泼氢的芳香环系化合物。2.二级胺(氨或伯胺、仲胺都可以，但仲胺活性高）使用原料的范围四、缩合反应-3、其他缩合反应

H+转移活化的C=N反应机制——在锌粉的还原作用下，α-卤代酸酯可以优先形成烯醇盐，并进攻醛或酮羰基而得到β-羟基酯。四、缩合反应-3、其他缩合反应

（2）Reformastskyreaction（a-卤代酸酯的缩合）（3）、BenzoinCondensation（安息香缩合）——无a-H的芳香醛在CN-的作用下生成a-羟基酮四、缩合反应-3、其他缩合反应

π,π–共轭

1、亲电加成五、α,β–不饱和醛、酮的特性与反应α,β–不饱和醛和酮的结构：(I)(II)(III)1234反应机理：1,4–加成亲电加成五、α,β–不饱和醛、酮的特性与反应1,2–加成1,4–加成2、亲核加成1,4–加成反应机理五、α,β–不饱和醛、酮的特性与反应影响加成方式的因素:

底物中取代基的空间位阻醛利于1,2–加成；酮利于1,4–加成。

亲核试剂的碱性强碱性试剂1,2–加成，进攻羰基如：RMgX、LiAlH4

弱碱性试剂及R2